南邮模电c期末复习第一章

1、第一章第一章 半导体二极管及其应用半导体二极管及其应用（1）了解本征半导体、杂质半导体和）了解本征半导体、杂质半导体和PN结的结的形成及其特性。形成及其特性。（2）掌握晶体二极管的特性和主要参数。）掌握晶体二极管的特性和主要参数。（3）掌握普通二极管、稳压二极管构成的基本）掌握普通二极管、稳压二极管构成的基本电路的组成、工作原理及分析方法。电路的组成、工作原理及分析方法。基本要求：基本要求： 本征激发本征激发: : 一分为二一分为二，载流子浓度，载流子浓度增加增加。复合复合: 合二为一合二为一，载流子浓度，载流子浓度减少减少。在一定温度下，电子在一定温度下，电子- -空穴对的产生与复合同时存在

2、空穴对的产生与复合同时存在并达到动态平衡时，半导体中的载流子浓度一定。并达到动态平衡时，半导体中的载流子浓度一定。由于由于本征激发本征激发，在半导体中，在半导体中产生产生出数量相的出数量相的两种两种载流子：自由电子（负电荷）和空穴（正载流子：自由电子（负电荷）和空穴（正电荷）（即电子电荷）（即电子- -空穴对）空穴对）, ,使载流子浓度增加。使载流子浓度增加。1. 本证半导体本证半导体 杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素（称为杂质）会使在本征半导体中掺入某些微量元素（称为杂质）会使半导体中的半导体中的某一种载流子浓度增加某一种载流子浓度增加，因而会使其导电，因而会使其导电性能

3、发生显著变化。性能发生显著变化。与提高温度的原因不同与提高温度的原因不同提高温度会提高温度会同时增加同时增加电子和空穴电子和空穴两种载流子的数量两种载流子的数量，电子和空穴是成对出现的。电子和空穴是成对出现的。 N型半导体型半导体 P型半导体型半导体 根据掺入杂质的不同可分为根据掺入杂质的不同可分为 一、N型半导体在本征在本征Si中掺入少量中掺入少量五价五价磷磷(P)元素元素，因，因P原子的最外层有五原子的最外层有五个价电子，故就多出一个个价电子，故就多出一个键键外电子外电子。这个电子受。这个电子受P原子的原子的束缚很弱，很容易被激发而束缚很弱，很容易被激发而成为成为自由电子自由电子，这样每个

4、，这样每个P原原子因给出一个电子，成了不子因给出一个电子，成了不能移动的能移动的带正电的离子带正电的离子，故故P原子原子被称为被称为施主原子施主原子。 图图 6. N型半导体原子结构示意图型半导体原子结构示意图1. 由施主原子电离产生的电子，浓度与施主正离子相同由施主原子电离产生的电子，浓度与施主正离子相同2. 本征激发成对产生的电子和空穴本征激发成对产生的电子和空穴这种杂质这种杂质( (N型型) )半导体中的载流子就有以下两种：半导体中的载流子就有以下两种： 因为掺杂浓度远大于本征激发的载流子浓度，所以，因为掺杂浓度远大于本征激发的载流子浓度，所以， 在在N N型半导体中：型半导体中：自由电

5、子自由电子- -多数载流子，简称多子；多数载流子，简称多子；空穴空穴- -少数载流子，简称少子少数载流子，简称少子二、P型半导体在本征在本征Si中掺入少量中掺入少量三价三价硼硼(B)元素元素，因，因B原子的最外层有三原子的最外层有三个价电子，故出现一个个价电子，故出现一个空位空位。这个空穴可以吸引邻近这个空穴可以吸引邻近Si原原子共价键中的束缚电子来填子共价键中的束缚电子来填补，这样补，这样B原子原子因接受一个电因接受一个电子而成为不能移动的子而成为不能移动的带负电带负电的离子的离子，同时在邻近，同时在邻近产生产生一一个个空穴空穴。B原子称为原子称为受主原子受主原子。 图图 7. P型半导体原

6、子结构示意图型半导体原子结构示意图与温度几乎无关与温度几乎无关与温度密切相关与温度密切相关PN 结的形成步骤结的形成步骤 最终，多子的扩散和少子的漂移这一对相反的运最终，多子的扩散和少子的漂移这一对相反的运动达到平衡，空间电荷区的厚度固定不变。动达到平衡，空间电荷区的厚度固定不变。由于这个由于这个空间电荷区缺少载流子，所以也称耗尽层。空间电荷区缺少载流子，所以也称耗尽层。PN结的形成结的形成PN耗尽区耗尽区内电场内电场UB图图 11. 正向偏置的正向偏置的PN结结ER外外电场电场U外外+IF 2. PN结的单向导电性结的单向导电性一、一、PN结外加正向电压结外加正向电压（正极接正极接P区，负极

7、接区，负极接N区）区）耗尽层宽度减小耗尽层宽度减小, 内电场减弱内电场减弱(外电场与内电场外电场与内电场方向相反，削弱了内电场方向相反，削弱了内电场), 动态平衡被打破动态平衡被打破, 扩散运动超过漂移运动扩散运动超过漂移运动,与此同时，电源不断与此同时，电源不断向向P 区补充正电荷，向区补充正电荷，向N 区补充负电荷，结果区补充负电荷，结果在电路中形成了较大的在电路中形成了较大的正向扩散电流正向扩散电流IF, 且且IF随随正向电压的增大而增大正向电压的增大而增大正向正向PN结表现为一个很小的电阻结表现为一个很小的电阻图图 12.反向偏置的反向偏置的PN结结ERPN耗尽区耗尽区+二二、 PN结

8、加反向电压结加反向电压外外电场电场U外外内电场内电场UBIS耗尽层变宽耗尽层变宽, 内电场增强内电场增强, 动态平衡被打破动态平衡被打破, 漂移运动超过扩散运动漂移运动超过扩散运动, 因此因此流过流过PN结的结的主要电流是漂移电流主要电流是漂移电流，但因为少子浓度很，但因为少子浓度很低，所以形成的漂移电流低，所以形成的漂移电流很小很小IS, 且固定温且固定温度下，少子浓度一定不随着外电压变化度下，少子浓度一定不随着外电压变化, 故故被称为被称为反向饱和电流反向饱和电流。 反向反向PN结表现为一个很大的电阻结表现为一个很大的电阻PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，结加正向电压时，具有较大

9、的正向扩散电流，呈现低电阻态，呈现低电阻态，相当于相当于PN 结导通结导通；PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻态，呈现高电阻态，相当于相当于PN 结截止结截止。结论：结论：PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。 小结：小结：1. 二极管特性曲线二极管特性曲线图图 2. 二极管伏安特性曲线二极管伏安特性曲线-UBRUon-IS 在保持二极管的正向电流在保持二极管的正向电流不变的条件下，二极管的正不变的条件下，二极管的正向导通电压随温度升高而减向导通电压随温度升高而减小。小。一、特性一、特性: :反向击穿时反向击穿时，曲线更加陡峭，曲线更加陡峭IZminIzmax, 其两端电压其两端电压UZ几乎不变。几乎不变。1. 稳压二极管稳压二极管1.4 特殊二极管特殊二极管图图9. 稳压二极管稳压二极管(a)符号及符号及(b)其特性曲线其特性曲线uiIZminIZmax曲线越陡曲线越陡, 稳压性能稳压性能越好。越好。UZ模拟电子线路模拟电子线路 C计算题计算题3. 半导体二极管的电路模型半导体二极管的电路模型由于二极管的非线性特性，当电路加入二极由于二极管的非线性特性，当电路加入二极管时，便成为非线性电路